Signal processing and generation of bioactive nitric oxide in a model prototissue.
Signal processing and generation of bioactive nitric oxide in a model prototissue.
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模型原组织中的信号处理和生物活性一氧化氮的生成
DOI：
10.1038/s41467-022-32941-6
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发表时间：
2022-09-06
影响因子：
16.6
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
从人工原细胞的集成组装中设计和构建合成原组织是合成生物学和生物工程的一个重要挑战。在这里，我们在水凝胶模块中空间分离酶修饰的磷脂包裹的聚合物/DNA凝聚的原始细胞的化学通信群体，以构建能够调节生物活性一氧化氮(NO)输出的管状原始组织样血管。通过用葡萄糖氧化酶、辣根过氧化物酶或过氧化氢酶修饰原细胞，并将不同的模块集中排列，葡萄糖/羟基脲双重输入导致反应扩散条件下的逻辑门信号处理，从而在模型原生组织的内腔产生明显的NO输出。利用NO输出来抑制位于设备内部通道中的血浆和全血样本中的血小板激活和血液凝块形成，从而展示了原始组织样血管用于抗凝应用的概念验证。我们的结果突出了从人工原始细胞的组装中开发空间组织的合成原始组织模块的机会，并为在集成的微分区介质、微反应器技术和软功能材料中组织生化过程提供了一步。
The design and construction of synthetic prototissues from integrated assemblies of artificial protocells is an important challenge for synthetic biology and bioengineering. Here we spatially segregate chemically communicating populations of enzyme-decorated phospholipid-enveloped polymer/DNA coacervate protocells in hydrogel modules to construct a tubular prototissue-like vessel capable of modulating the output of bioactive nitric oxide (NO). By decorating the protocells with glucose oxidase, horseradish peroxidase or catalase and arranging different modules concentrically, a glucose/hydroxyurea dual input leads to logic-gate signal processing under reaction-diffusion conditions, which results in a distinct NO output in the internal lumen of the model prototissue. The NO output is exploited to inhibit platelet activation and blood clot formation in samples of plasma and whole blood located in the internal channel of the device, thereby demonstrating proof-of-concept use of the prototissue-like vessel for anticoagulation applications. Our results highlight opportunities for the development of spatially organized synthetic prototissue modules from assemblages of artificial protocells and provide a step towards the organization of biochemical processes in integrated micro-compartmentalized media, micro-reactor technology and soft functional materials.
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